2012年研究カタログ
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■ 研究担当:平尾喜代司/周游/日向秀樹 ■ 先進製造プロセス研究部門 エンジニアリングセラミックス研究班■ 連携担当:飯田康夫 パワーモジュール用高熱伝導放熱基板研究のポイント研究のねらい研究内容連携可能な技術・知財 ●177 W/(m・K)の高い熱伝導率を、機械特性に優れる窒化ケイ素セラミックスで達成 ●粘り強さをあらわす破壊靱性は窒化アルミニウムセラミックスの3倍以上 ●次世代の高出力パワーモジュール用メタライズ放熱基板への展開が期待 近年、パワーエレクトロニクスの進歩により、電力の変換と制御を高効率で行うパワーモジュールが急速に普及してきました。その回路基板には高い絶縁性、放熱性、耐熱性が要求されます。車載用などその用途が拡大するにつれ、上記の特性に加えて優れた機械特性も求められるようになってきました。これまで、高熱伝導基板として、窒化アルミニウム (AlN) が用いられてきましたが、強度が低いという問題がありました。一方、窒化ケイ素(Si3N4)は優れた機械特性を持つものの、その熱伝導率はAlNの半分程度であり、高熱伝導化が求められていました。 焼結用のSi3N4原料粉末には、約1mass %程度の酸素が不純物として含まれています。この不純物酸素が焼結過程でSi3N4結晶内部に固溶し、フォノンの散乱要因となり熱の伝導を阻害するため熱伝導率が高くなりません。この問題を克服するため、焼結助剤を含む高純度シリコン粉末の成形体を1400 ℃付近で窒化させたあと、高温で緻密化を行う「ポスト反応焼結手法」に着目し、粒子内部の不純物を低減させる焼結プロセスを検討しました。その結果、高い熱伝導率と優れた機械特性を併せ持つ窒化ケイ素セラミックスを開発することに成功しました(図1、2参照)。● 機械的・熱的特性に優れた窒化ケイ素セラミックスのエンジニアリング部材への適用に関する研究●非酸化物セラミックスの微細構造制御に関する研究謝辞: 本研究の一部は、電気化学工業株式会社殿、日本ファインセラミックス株式会社殿との共同研究として実施したものです。��������������������������������������������������Si3N4 (���������) ���AlN (���������������) ���Al2O3 (��������) ���������������������������������������������������Si3N4 (���������) 図1 各種材料の熱伝導率と曲げ強度の関係���������������������������������������������������������������������������������������������Si3N4 (���������) ���AlN (���������������) ���Al2O3 (��������) ����Si3N4 (���������) 図2 各種材料の熱伝導率と破壊靱性の関係● 研究拠点中部センター281ナノテクノロジー・材料・製造分野第6会場N-24N-24

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